基于EPLAN Harness proD 的 电气柜布线工艺设计研究

文| 北京科锐配电自动化股份有限公司 易盼软件(上海)有限公司 赵宁 文礼强 刘琼

一、背景

电气柜内的布线方式主要分为两类，一是按线槽布线，导线随意放置在槽内，不绑扎或保护；二是无线槽布线，使用扎带或者缠绕带对导线进行绑扎、固定，如图1 所示。

图1 电气柜内布线方式

传统的柜内布线工艺，一般需要电气设备安装到位后才能开展。车间工人一边看图，一边开展规划布线路径、手工制线，一边完成接线工作，如图2 所示。而接线工作中导线制备流程落后、设备自动化程度低、布线接线串行工作以及对接线工人水平依赖程度高等因素，是导致电气柜生产材料大量浪费、接线工作效率不高以及布线工艺水平不标准的主要原因。

图2 传统柜内布线工艺

为了解决电气柜内布线工艺的设计问题，提高电气柜生产产能及工艺质量水平，诸多企业开始在数字化样机环境下，开展布线工艺的设计，并购置相应自动化设备，打通设计与生产的数据流。

随着电气/机械设计软件的发展，目前市面上已有大量针对布线设计的软件，例如，EPLAN 公司的Pro Panel 和 Harness proD、PTC 公司的Pro/Cabling 以及Siemens 公司的UG/Wiring 等。本文以EPLAN Harness proD 软件为例，讲述如何利用HPD 进行柜内线束布线工艺的数字化设计，提高生产的自动化。

二、EPLAN Harness proD 的布线设计

1、EPLAN Harness proD 简介

EPLAN Harness proD（以下简称HPD）是一种独特和独立的易用解决方案，可以高效且快速地创建三维线束、钉板图、电缆图纸和报表。HPD 使线束设计不受机械原型可用性的影响。可直接使用3D MCAD 模型将显著降低开发成本，同时通过缩短开发周期而节省时间和金钱。

作为一款电气布线工艺设计软件，HPD 提供了大量的方便、实用的工艺设计功能，如布线路径快速设计、自动附加接线端子、干涉检查、弯曲半径检查、复杂实体复用和用于导线电缆预制的钉板图电缆图等，并提供了与自动化下线机，如Komax、CADCable等机器接口。

2、HPD 布线设计流程

HPD 相对于其他布线设计软件，其最大的特点之一，是操作简单，易上手。从零开始，到完整完成单个柜内的布线设计，只需要七步，如所3 所示。

图3 HPD 布线设计流程

而当企业的部件库里部件数量达到一定程度，并且开展了一定标准化工作后，便可通过变量、电气选项以及复杂实体复用等功能，使柜内布线的设计时间产品交付周期更短。

（1）部件库准备

同其他三维布线软件相似，在开始布线设计前，通常是需要准备相应的部件数据，如连接物、端子、导线电缆、接线端子以及部件部件组等。但相比其他软件，HPD提供了“快速原型”功能，用来在尽可能短的时间内快速开发完整或部分模型的方法。快速原型注重于功能，旨在以相对直接、简单和快速的过程降低开发和制造所需模型的过程复杂性。

（2）导入3D 柜体和放置连接物

HPD 支持直接导入多款主流M-CAD 源文件数据，如SW、Creo 和CATIA 等，也支持导入常用的中间格式的文件，如STEP、IGES 等。三维模型导入后，作为一个整体部件，存在于HPD 中，且可以对各零部件进行颜色、透明度和显示/隐藏等调试。

电气柜体导入HPD 后，便可在柜体上进行电气器件的安装布局。放置器件时，可使用HPD 提供的点、线、面配合、句柄/安装点捕捉、坐标系对齐和移动/旋转等功能，实现器件的快速精准放置，完成整个柜内器件的布局，如图4 所示。

图 4 电气柜布局

（3）规划路径

完成电气器件的安装布局后，就可以为导线的布线，设计和规划路径，即HPD 的术语：束。在HPD 中，路径的规划可通过“点击并指向”的方法，快速创建，然后通过添加和调整（移动）控制点，来完成路径的调整。

针对电气柜的路径创建，建议先创建总的路径，该路径包含了导线布线的所有可能。在进行导线布线设计时，可先复用总路径，在完成相应导线布线后，删除多余未使用路径，如图5 所示。如此一来，可大大提高布线设计的总体效率。

图 5 布线路径规划

（4）布线设计

在完成器件布局和路径规划后，便可对器件间的接线，进行布线工艺的设计。该环节是体现工艺设计与生产关联的重要环节，主要分四步进行：

◎ 导线分组并导入连接关系

电气柜内的导线数量，尤其是低压控制柜，一般都是成千上百的存在。面对如此多的接线关系，不宜全部同时导入到HPD 中进行布线设计，因此需要提前将接线关系，分成不同组，然后导入到不同的HPD 工作区中，形成不同的线束。

HPD 对于接线关系表信息有特定要求，如图6 所示，需要提供导线的型号、导线两端器件名称（在HPD 里的显示名称REFDES，而不是库里的部件名称）及其管脚名称即可。接线关系导入时，HPD 也提供了导入模板，提高导线导入的效率。

图 6 接线关系导入模板与导入效果

◎ 自动/半自动/手动布线

针对不同导线组，可以在HPD 中不同的工作区来进行布线设计。对于布线，HPD 提供了自动（按最短路径和就近出线点）、半自动（指定布线路径的起点和终点）以及手动（提定导线经过哪些布线路径）布线功能。完成布线的效果如图7 所示。

图 7 HPD 布线效果

◎ 自动附加零件

接线端子，即俗称的线鼻子(DT)，常用于导线末端连接和续接，能让导线和电气器件连接更牢固、更安全，是电力设备、电器连接常用的材料。一般导线与电气器件连接时，按照国家接线规范要求，导线末端连接均需使用对应的接线端子，再与电气器件管脚连接，使产品外观规格良好，导电性能更好和安全。

电气柜内导线两端的接线端子，一般需要根据器件接线点类型要求和导线截面积的不同，选择不同接线端子，一般企业均有相应的工艺文件，来规范接线端子的选型和使用。而这些工艺要求，可以直接体现在部件库里，即为器件指定适用的接线端子类型，如图8 所示。

图 8 为器件指定接线端子

HPD 提供了的自动附加零件功能，能自动根据导线的截面积和器件适用的接线端子类型，自动为导线两端，加载对应的接线端子，如图9 所示。自动附加零件后，导线两端的接线羰子信息就可以直接输出，为导线自动制备，提供数据。

图 9 自动附加接线端子

◎ 创建线束

线束，是将各电气设备所用的不同规格、不同颜色的电线通过合理的安排，将其合为一体，并将电线捆扎成束，其目的是为了便于安装、维修，这样既完整，又可靠。借助线束概念，将完成布线和添加上接线端子的成组导线，设计为不同的线束，如图10 所示，为钉板图制造输出，和导线预制，提供原始数据。

HPD 提供的“自动传导线束隶属关系”，只需要将单一对象，如导线、连接物等，分配给某一线束，相关联的对象则会自动分配到该线束内，大大提高了将线束对象分配给相应线束效率。

图 10 HPD 中的不同线束

（5）设计验证

完成柜内导线的布线设计和线束分配后，就需要为线束设计进行设计检查。HPD 提供了27 种设计检查规则，如图11 所示。通常而言，电气柜内线束设计主要检查以下几个方面内容即可（不同企业，对工艺要求不同，可根据实际需求，进行检查项内容的设定）。

◎ 弯曲半径检查：检查布线工艺设计时，布线路径的弯曲半径，是否小于导线设置的最小半径。

◎ 干涉检查：检查布线路径，是否与机械部件产生干涉。

◎ 缺少附加零件：检查是否为导线，自动附加了接线端子。

◎ 直径检查：检查特定路径中，导线布线外径超过了该路径的设定值。

◎ 过时部件/部件版本检查：检查HPD 工作区中使用的部件，与部件库中部件的状态是否一致，保证部件使用的正确性。

图11 HPD 提供的检查规则

（6）制造输出

在保证设计检查没有问题的情况下，就可以利用HPD，自动生成线束的导线下线表和钉板图，用于导线预制或自动下线和线束加工。

电气柜内线束的导线列表，如图12 所示，主要体现信息：线束名称、导线型号（部件名称）、导线长度、From（即导线一端的设备的标识及其管脚名）、接线端子自、剥线长度自（有接线端子时，即为接线端子要求的导线的剥线长度，没有接线端子时，即为器件管脚直接接导线时要求的导线的剥线长度）、至（即导线另一端设备的标识及其管脚名）和剥线长度至。

HPD 支持将导列表信息，导出Excel 表，便于自动下线设备，直接导入使用。

钉板图是根据电气原理图、线束三维布置等相关信息完成的线束1:1 平面图纸。对于电气柜内线束的钉板图，导线端通常只需要体现导线端所接设备标识以及管脚信息即可，如图13 所示。

图12 导线列表

图 13 钉板图中导线端信息

钉板图的排版样式，应与三维布线的效果相似，如图14所示，如转折点和导线出线方向等，如不能完全表达时，应添加必要注释。钉板图主要用来指导线束物料采购、生产以及维修等。

图 14 钉板图排版与三维布线效果

至此，按照七步法，基本完成了在HPD 中电气柜内单一线束进行布线工艺设计的工作。最后，利用HPD 特有的，复杂实体的导入导出功能，将多个线束，导入到同一空间，即可完成整个柜内线束的布线工艺设计，如图15 所示。

图15 整柜线束效果

3、生产流程优化

对于传统电气柜的布线工艺设计、生产和加工，大致流程如图16 所示。

图 16 传统布线工艺、生产和加工流程

柜内布线工艺设计，需要电气设备安装到位后才能开展，且模式常为：车间工人一边看图，一边开展规划布线路径、手工制线，一边完成接线工作。而手工制线的过程，如图17 所示，也极为消耗时间和浪费生产材料。

图 17 手工制线流程

而基于HPD 软件下的电气柜布线工艺设计、生产和加工流程，如图18 所示，将极大地改善传统电气柜布线工艺流程下串行工序、手工制线和生产材料浪费等问题。

图 18 基于HPD 的布线工艺、生产和加工流程

HPD 利用机械结构模型，结合电气设计的接线信息，在数字化样机的设计模式下，即可完成柜内布线的工艺设计，包括设计检查及质量优化等。而自动输出的下线表，则为自动设备完成导线的自动加工，提供数据支撑，大大提高了导线的制备效率，并且减少了生产材料的浪费（如导线、接线端子等）。同时，钉板图为导线成线束制作，提供了制造参考。因此，器件安装与导线制备工作，便可同步开展，且制成线束以后的导线，安装更为方便和快速，大大减少柜内接线工作的时间，缩短产品交付时间。

三、结论

通过研究利用EPLAN Harness proD 软件，对电气柜进行布线工艺设计和生产流程优化发现，使用EPLAN Harness proD 进行布线工艺设计的优点主要有：

◎ 相比其他同类布线设计软件，其安装和使用，不依赖于其他E-CAD 或者M-CAD 软件，可单独使用。

◎ 软件操作方法简便，易上手，且设计流程逻辑清晰明了，无需要大量的学习便能熟练掌握和使用。

◎ 作为专业的布线工艺设计软件，提供了大量针对工艺设计的功能，如自动附件零件、设计检查、布线路径快速设计以及自动传导线束隶属关系等。

◎ 作为专业的布线工艺设计软件，其提供的报表/钉板图、生产接口等功能，可以很好地改善传统工艺设计和生产加工流程，为缩短生产周期、减少生产资料浪费，提供解决方案。

◎ 作为三维设计软件，可以为企业打造数字化样机设计、机电一体化设计以及智能制造。

综上所述，EPLAN Harness proD，非常适合电气柜内的布线工艺设计，以及改善电气柜的生产和加工流程。